电工学第六章教案

第六章电子器件

6.1 半导体器件

6.1.1 本征半导体

一、本征半导体

1．概念：导电能力介于导体和绝缘体之间。

2．本征半导体：纯净的具有晶体结构的半导体。

3．本征激发：在热激发下产生自由电子和空穴对的现象。

4．空穴：讲解其导电方式；

5．自由电子

6．复合：自由电子与空穴相遇，相互消失。

7．载流子：运载电荷的粒子。

二、杂质半导体

1.概念：通过扩散工艺，掺入了少量合适的杂质元素的半导体。

2.N型半导体（图1.1.3）

1．形成：掺入少量的磷。

2．多数载流子：自由电子

3．少数载流子：空穴

4．施主原子：提供电子的杂质原子。

3.P型半导体（图1.1.4）

1．形成：掺入少量的硼。

2．多数载流子：空穴

3．少数载流子：自由电子

4．受主原子：杂质原子中的空穴吸收电子。

5．浓度：多子浓度近似等于所掺杂原子的浓度，而少子的浓度低，由本征激发形成，对温度敏感，影响半导体的性能。

6.1.2 PN结

一、PN结的形成（图1.1.5）

1．扩散运动：多子从浓度高的地方向浓度低的地方运动。

2．空间电荷区、耗尽层（忽视其中载流子的存在）

3．漂移运动：少子在电场力的作用下的运动。在一定条件下，其与扩散运动动态平衡。

4．二极管

二、二极管的单向导电性

1．二极管外加正向电压：导通状态

2．二极管外加反向电压：截止状态

三、二极管的伏安特性

1． 正向特性、反向特性

2． 反向击穿：齐纳击穿（高掺杂、耗尽层薄、形成很强电场、直接破坏共价键）、雪

崩击穿（低掺杂、耗尽层较宽、少子加速漂移、碰撞）。

四、二极管的主要参数

1. 最大整流电流I F ：长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。

2. 最高反向工作电压U R ：工作时，所允许外加的最大反向电压，通常为击穿电压的

一半。

3. 反向电流I R ：未击穿时的反向电流。越小，单向导电性越好；此值对温度敏感。

4. 最高工作频率f M ：上限频率，超过此值，结电容不能忽略。

五、 稳压二极管

一、符号及特性：

二、稳压管的主要参数

1． 稳定电压U Z ：反向击穿电压，具有分散性。

2． 稳定电流I Z ：稳压工作的最小电流。

6.1.3双极型晶体管

双极型晶体管（BJT: Bipolar Junction Transistor ） 几种晶体管的常见外形（图1.3.1）

一、结构及符号

1. 构成方式：同一个硅片上制造出三个掺杂区域，并形成两个PN 结。

2. 结构：

● 三个区域：基区（薄且掺杂浓度很低）、发射区（掺杂浓度很高）、集电区（结面积

大）；

● 三个电极：基极、发射极、集电极；

● 两个PN 结：集电结、发射结。

3. 分类及符号：PNP 、NPN

二、晶体管的电流放大作用

1. 基本共射放大电路（图1.3.3）

● 输入回路：输入信号所接入的基极－发射极回路；

● 输出回路：放大后的输出信号所在的集电极－发射极回路；

● 共射放大电路：发射极是两个回路的公共端；

● 放大条件：发射结正偏且集电结反偏；

● 放大作用：小的基极电流控制大的集电极电流。

2．共射直流电流放大系数：CBO

B CBO

C B CN I I I I I I +-='=β 3．共射交流电流放大系数：当有输入动态信号时，B c i i ∆∆=

β

三、特性曲线

1. 输入特性曲线（图1.3.5）常数==CE u BE B u f i )(，解释曲线右移原因，与集电区收集电子

的能力有关。

2. 输出特性曲线（图1.

3.6）常数==B I CE C u f i )(（解释放大区曲线几乎平行于横轴的原因）

● 截止区：发射结电压小于开启电压，集电结反偏，穿透电流硅1uA ，锗几十uA ； ● 放大区：发射结正偏，集电结反偏，i B 和i C 成比例；

● 饱和区：双结正偏，i B 和i C 不成比例，临界饱和或临界放大状态（0=CB u ）。

四、主要参数

1. 电流放大系数 共射直流电流系数β、共射交流电流放大系数β

2. 极间反向电流CBO I 、CEO I

3. 极限参数（图1.3.7）

1． 最大集电极耗散功率CM P ；

2． 最大集电极电流CM I ：使β明显减小的集电极电流值；

3． 极间反向击穿电压：晶体管的某一电极开路时，另外两个电极间所允许加的最高反

向电压，U CBO 几十伏到上千伏、 U CEO 、 U EBO 几伏以下。

CEO CER CES CEX CBO U U U U U >>>>

1.3.6 光电三极管

一、构造：（图1.3.10）

二、光电三极管的输出特性曲线与普通三极管类似（图1.3.11）

三、暗电流：I CEO 无光照时的集电极电流，比光电二极管的大，且每上升25度，电流上升

10倍；

四、光电流：有光照时的集电极电流。

6.1.4 场效应管

结型场效应管 绝缘栅型场效应管

一、绝缘栅场效应管的结构和符号

1. N 沟道增强型MOS 管

(1) 结构：衬底低掺杂P ，扩散高掺杂N 区，金属铝作为栅极；

(2) 工作原理：

● 栅源不加电压，不会有电流；

● 0=DS u 且0>GS u 时，栅极电流为零，形成耗尽层；加大电压，形成反型层